原子操作（atomic operation）
原子操作（atomic operation）是指一个不可分割的操作，即该操作要么全部完成，要么完全不执行，不可能只执行部分操作。原子操作通常用于解决并发问题，特别是在多线程或多进程环境中，以确保数据的一致性和完整性。以下是一些常见的原子操作类型：
- 赋值原子操作：
- 对一个变量进行赋值时，需要保证赋值过程的原子性。例如，在多线程环境中，多个线程可能同时对同一个变量进行赋值，为了避免数据竞争，需要使用原子操作来保证赋值过程的原子性。
- 比较与交换原子操作（Compare-And-Swap, CAS）：
- 通常用于实现无锁数据结构或算法。通过比较和交换变量的值，可以在不使用锁的情况下实现线程间的同步。CAS操作可以比较目标内存位置的值与预期值，如果相等，则将其设置为新值，并返回true；如果不相等，则不进行任何操作，并返回false。
- 加法原子操作：
- 对一个变量进行加法操作时，需要保证操作的原子性。加法原子操作可以保证对一个变量进行加法时不会被其他线程打断，从而确保数据的一致性。
- 自增/自减原子操作：
- 对一个变量进行自增或自减操作时，同样需要保证操作的原子性。自增/自减原子操作可以避免在多线程环境中的数据竞争问题。
- 删除原子操作：
- 在某些情况下，需要对一个元素进行删除操作，并保证操作的原子性。例如，在实现队列、栈等数据结构时，需要在多线程环境中保证删除操作的原子性，以避免数据竞争。
- 读取-修改-写入原子操作：
- 这是一类更广泛的原子操作，包括读取一个值、对其进行某种修改、然后将修改后的值写回内存。整个过程是原子的，不会被其他线程打断。
- 位操作原子操作：
- 包括与（AND）、或（OR）、异或（XOR）等位操作，这些操作也可以以原子的方式执行。
- 原子加载和存储：
- 在某些硬件架构上，加载（从内存读取值到寄存器）和存储（从寄存器写值到内存）操作也可以是原子的。
在现代操作系统和编程语言中，通常提供了原子操作的API或库函数来支持这些操作。例如，C++11引入了<atomic>头文件，其中定义了atomic模板类和一系列原子操作函数；GCC编译器也提供了__sync_*和__atomic_*系列的原子操作API。这些API和库函数使得开发者可以方便地在多线程环境中使用原子操作来确保数据的一致性和完整性。
需要注意的是，虽然原子操作可以避免数据竞争，但在高并发场景下，过多的原子操作可能会导致性能瓶颈。因此，在使用原子操作时，需要权衡其带来的数据一致性和性能之间的平衡。